المركبة الفضائية الشمسية المدارية تلتقط مذنبًا ثانٍ من الذيل

بالنسبة للمركبة الفضائية المصممة لإجراء دراسات فريدة عن الشمس ، فإن Solar Orbiter تصنع لنفسها اسمًا لاستكشاف المذنبات. لعدة أيام تركزت على 1200-1300 UT في 17 ديسمبر 2021 ، وجدت المركبة الفضائية نفسها تحلق عبر ذيل المذنب C / 2021 A1 Leonard.

التقط اللقاء معلومات حول الجسيمات والمجال المغناطيسي الموجود في ذيل المذنب. سيسمح ذلك لعلماء الفلك بدراسة الطريقة التي يتفاعل بها المذنب مع الرياح الشمسية ، ورياح متغيرة من الجسيمات ، ومجال مغناطيسي ينبثق من الشمس ويمتد عبر النظام الشمسي.

كان صموئيل جرانت ، طالب دراسات عليا في مختبر مولارد لعلوم الفضاء بجامعة كوليدج لندن ، قد تنبأ بهذا المعبر. هو برنامج كمبيوتر مكيف حالي يقارن مدارات المركبات الفضائية بمدارات المذنب لتشمل تأثيرات الرياح الشمسية وقدرتها على تشكيل ذيل المذنب.

تمثل سلسلة المؤامرة هذه البيانات التي تم جمعها بواسطة مستشعر الأيونات الثقيل لمحلل الرياح الشمسية حيث مرت المركبة الفضائية ESA / NASA Solar Orbiter عبر ذيل المذنب ليونارد في ديسمبر 2021. تغطي البيانات من 11 إلى 20 ديسمبر ، مع المخطط الأول والأخير قبل الذيل وبعده العبور ، على التوالي ، يتميز بغياب الأيونات المؤينة المفردة. أثناء عبور الذيل ، اكتشف الجهاز جزيئات تُعزى إلى المذنب بدلاً من الرياح الشمسية ، على سبيل المثال أيونات الأكسجين والكربون والنيتروجين الجزيئي وجزيئات أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والماء. (الأيونات عبارة عن ذرات أو جزيئات تم تجريدها من إلكترون واحد أو أكثر وتحمل الآن شحنة كهربائية موجبة صافية.) Credit: ESA / Solar Orbiter / SWA team

“لقد قمت بتشغيله مع Comet Leonard و Solar Orbiter مع بعض التخمينات لسرعة الرياح الشمسية. وذلك عندما رأيت أنه حتى بالنسبة لمجموعة كبيرة جدًا من سرعات الرياح الشمسية ، بدا الأمر وكأنه سيكون هناك معبر “، كما يقول.

في وقت العبور ، كانت المركبة الشمسية المدارية قريبة نسبيًا من الأرض بعد أن مرت في 27 نوفمبر 2021 ، من أجل مساعدة مناورة الجاذبية التي شكلت بداية المرحلة العلمية للمهمة ، ووضعت المركبة الفضائية في مسارها لإغلاقها في مارس 2022 الاقتراب من الشمس. كانت نواة المذنب على بعد 44.5 مليون كيلومتر بالقرب من الكوكب كوكب الزهرة، لكن ذيله العملاق امتد عبر الفضاء إلى مدار الأرض وما بعده.

تستخدم مؤامرة البيانات هذه بيانات سرعة واتجاه الرياح الشمسية من البروتون ومستشعر ألفا (SWA-PAS) لمحلل الرياح الشمسية لتقدير مدى اقتراب مركبة الفضاء ESA / NASA Solar Orbiter من مركز المذنب C / 2021 A1 ليونارد ذيل الأيونات خلال شهر ديسمبر 2021. يسجل المخطط مدى قرب كل حزمة من الرياح الشمسية التي اكتشفها SWA-PAS والتي يعتقد أنها وصلت إلى نواة المذنب أثناء رحلتها من الشمس إلى المركبة الفضائية. يعطي المحور الأيسر المقياس بوحدات فلكية (au) ، حيث 1 au هي المسافة من الشمس إلى الأرض ، وتظهر نفس المسافة بالكيلومترات على المحور الأيمن.
التغيرات في سرعة واتجاه تدفق الرياح الشمسية مسؤولة عن التغيرات في المسافة المرسومة. توجد فجوات قصيرة في الحصول على البيانات في 15 و 17 ديسمبر. الائتمان: ESA / Solar Orbiter / SWA team & S. Grant (UCL)

حتى الآن ، جاء أفضل اكتشاف لذيل المذنب من Solar Orbiter من مجموعة أدوات Solar Wind Analyzer (SWA). قام مستشعر الأيونات الثقيلة (HIS) بقياس الذرات والأيونات وحتى الجزيئات التي تُعزى إلى المذنب بدلاً من الرياح الشمسية.

الأيونات عبارة عن ذرات أو جزيئات تم تجريدها من إلكترون واحد أو أكثر وتحمل الآن شحنة كهربائية موجبة صافية. اكتشف SWA-HIS أيونات الأكسجين والكربون والنيتروجين الجزيئي وجزيئات أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون وربما الماء. يقول ستيفانو ليفي ، كبير الباحثين في SWA-HIS من معهد ساوث ويست للأبحاث ، تكساس: “نظرًا لشحنتها الصغيرة ، من الواضح أن هذه الأيونات من أصل مذنب”.

تم التقاط مركب من صور المذنب ليونارد في الفترة من 15 إلى 16 ديسمبر 2021 في ضوء الأشعة فوق البنفسجية بواسطة أداة Metis الموجودة على متن المركبة الفضائية ESA / NASA Solar Orbiter. عبر المذنب عبر مجال الرؤية مع ذيله الأيوني والغبار مشيرًا نحو الجهاز. الائتمان: ESA / Solar Orbiter / Metis Team

عندما يتحرك المذنب عبر الفضاء ، فإنه يميل إلى لف المجال المغناطيسي للشمس من حوله. يتم نقل هذا المجال المغناطيسي بواسطة الرياح الشمسية ، ويؤدي اللف إلى حدوث انقطاعات حيث تتغير قطبية المجال المغناطيسي بشكل حاد من الشمال إلى الجنوب والعكس صحيح.

تشير بيانات أداة مقياس المغنطيسية (MAG) بالفعل إلى وجود هياكل مجال مغناطيسي ملفوفة ، ولكن هناك المزيد من التحليل الذي يتعين القيام به للتأكد تمامًا. يقول لورينزو ماتيني ، الباحث المشارك في MAG من إمبريال كوليدج بلندن: “نحن بصدد التحقيق في بعض الاضطرابات المغناطيسية الأصغر حجمًا التي تظهر في بياناتنا ودمجها مع قياسات من مستشعرات الجسيمات في سولار أوربيتر لفهم أصلها المذنبي المحتمل”. .

بالإضافة إلى بيانات الجسيمات ، التقطت Solar Orbiter أيضًا صورًا.

Metis هي عبارة عن فقرة تاجية ذات أطوال موجية متعددة في المدار الشمسي. يمكنه إجراء ملاحظات فوق البنفسجية التي ترى انبعاث ألفا ليمان المنبعثة من الهيدروجين ، ويمكنه قياس استقطاب الضوء المرئي. خلال يومي 15 و 16 ديسمبر ، التقطت رأس المذنب البعيد في وقت واحد في كل من الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية. يتم الآن تحليل هذه الصور من قبل فريق الجهاز. يقول آلان كورسو ، المحقق المشارك لشركة Metis في CNR-Istituto di Fotonica e Nanotecnologie ، بادوفا: “يمكن أن تشير صور الضوء المرئي إلى المعدل الذي يقذف به المذنب الغبار ، بينما يمكن أن تعطي الصور فوق البنفسجية معدل إنتاج الماء”. ، ايطاليا.

https://www.youtube.com/watch؟v=UyqXfHG0PYo

كما التقط مصور الغلاف الشمسي المداري الشمسي (SoloHI) البيانات. تُظهر هذه الصور أجزاء كبيرة من الذيل الأيوني للمذنب تم التقاطها بينما كانت المركبة الفضائية نفسها داخل الذيل. مع تقدم تسلسل الصورة ، يمكن رؤية التغييرات في الذيل استجابة للتغيرات في سرعة الرياح الشمسية واتجاهها.

ولم تكن المركبة الشمسية المدارية فقط هي التي تراقب المعبر. وكالة الفضاء الأوروبية / ناسا سوهو المهمة والمركبة الفضائية STEREO-A و Parker Solar Probe التابعة لناسا كانت تراقب من بعيد. هذا يعني أنه ليس لدى علماء الفلك الآن بيانات من داخل الذيل فحسب ، بل لديهم أيضًا صورًا سياقية من هذه المركبات الفضائية الأخرى (انظر الصور أعلاه).

اكتشفت المركبة الفضائية سوهو المذنب ليونارد في أداة تباين الرياح الشمسية (SWAN) في ليمان ألفا. لا تنظر SWAN مباشرة إلى الشمس ، بل ترسم السماء بأكملها بالأشعة فوق البنفسجية ، وترى الهيدروجين بين النجوم الذي يتفاعل مع الرياح الشمسية. يمكن استخدام الخرائط للكشف عن النقاط الساطعة في الضوء فوق البنفسجي التي تشير إلى وجود مذنب ، على سبيل المثال ، كما هو الحال هنا. الائتمان: سوهو (وكالة الفضاء الأوروبية وناسا) ؛ دبليو بونبلود

معابر ذيل المذنب هي أحداث نادرة نسبيًا. من بين أولئك الذين تم اكتشافهم ، لم يلاحظ معظمهم إلا بعد الحدث. صادفت بعثة يوليسيس التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية / ناسا ثلاثة ذيول أيون مذنب ، بما في ذلك C / 1996 B2 Hyakutake في مايو 1996 ، و C / 2006 P1 McNaught في أوائل عام 2007. وقد عبرت المركبة الشمسية المدارية نفسها ذيل المذنب المجزأ C / 2019 Y4 ATLAS في مايو ويونيو 2020 ، بعد وقت قصير من الإطلاق.

في حين كانت المعابر المبكرة مفاجأة ، تم التنبؤ مسبقًا بمواجهتي سولار أوربيتر بفضل كود الكمبيوتر الذي طوره جيريانت جونز ، مختبر علوم الفضاء بجامعة كوليدج لندن مولارد ، ووسعه صموئيل.

https://www.youtube.com/watch؟v=ZnrFhbBYcCM

“الميزة الكبرى هي أنه في الأساس بدون أي جهد من جانب المركبة الفضائية ، يمكنك أخذ عينة من مذنب على مسافة هائلة. هذا مثير للغاية ، “يقول صامويل ، الذي يبحث الآن في أرشفة البيانات من المركبات الفضائية الأخرى التي تبحث عن معابر ذيل المذنب التي لم يلاحظها أحد حتى الآن.

يساعد العمل أيضًا في بناء الخبرة لـ مهمة Comet Interceptor التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، والتي تعتبر جيرانت قائد فريق العلوم فيها. ستقوم البعثة بزيارة مذنب لم يتم اكتشافه بعد ، مما يجعل تحليقًا بالهدف بثلاث مركبات فضائية لإنشاء ملف تعريف ثلاثي الأبعاد لكائن “جديد ديناميكيًا” يحتوي على مواد غير معالجة بقيت على قيد الحياة منذ فجر النظام الشمسي.

حلقت المركبة الفضائية ESA / NASA Solar Orbiter عبر ذيل المذنب C / 2021 A1 Leonard في ديسمبر 2021 ، لجمع الصور وبيانات الرياح والجسيمات الشمسية في الموقع. في الوقت نفسه ، كان كل من SOHO (ESA / NASA) و Parker Solar Probe (NASA) و STEREO-A (ناسا) يراقبون أيضًا تطور المذنب من زوايا أخرى. يُظهر الرسم المواضع النسبية التقريبية للكواكب والمذنب والمركبات الفضائية في 17 ديسمبر 2021 ، وليس مقياسًا. تم توضيح مجالات الرؤية التقريبية للغاية للأجهزة المختارة: SoloHI على Solar Orbiter و SECCHI على STEREO-A. الائتمان: G. Jones & S. Grant (UCL)

في غضون ذلك ، تنشغل فرق الأدوات على Solar Orbiter بتحليل بيانات المذنب ليونارد ليس فقط لمعرفة ما يمكن أن تخبرهم به عن المذنب ولكن أيضًا عن الرياح الشمسية.

يقول دانيال مولر ، عالم مشروع وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) للمركبة الشمسية: “هذا النوع من العلوم الإضافية دائمًا ما يكون جزءًا مثيرًا من مهمة فضائية”. “عندما تم التنبؤ بعبور المذنب أطلس ، كنا لا نزال نعاير المركبة الفضائية وأدواتها. أيضا ، المذنب مجزأ قبل أن نصل إلى هناك. لكن مع المذنب ليونارد كنا جاهزين تمامًا – ولم ينهار المذنب “.

المدار الشمسي. الائتمان: ESA / ATG medialab

في شهر مارس ، تقوم المركبة الشمسية المدارية بعمل أقرب ممر لها من الشمس ولكن على مسافة 0.32 وحدة فلكية (حوالي ثلث المسافة بين الأرض والشمس ، أو حوالي 50 مليون كيلومتر). إنها واحدة من حوالي 20 تمريرة قريبة من الشمس ستحدث خلال العقد المقبل. سينتج عن ذلك صور وبيانات غير مسبوقة ، ليس فقط من مسافة قريبة ، ولكن أيضًا من المناطق القطبية للشمس التي لم يسبق لها مثيل.

يقول دانيال: “هناك الكثير لنتطلع إليه مع Solar Orbiter ، فنحن فقط في البداية”.